專(zhuān)利名稱：使用氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的發(fā)光器件及使用該發(fā)光器件的圖像顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的發(fā)光器件，尤其
涉及一種將有機(jī)EL元件或無(wú)機(jī)EL元件用于發(fā)光層的頂部發(fā)光、底部發(fā)光或兩側(cè)發(fā)光的發(fā)光器件；并且涉及一種使用該發(fā)光器件的圖像顯示裝置。
背景技術(shù)：
國(guó)際公布WO 2005/088726公開(kāi)了一種使用包含銦、鎵、鋅和氧的透明非晶態(tài)氧化物半導(dǎo)體膜作為薄膜晶體管(TFT)的溝道層(也被稱為有源層)的技術(shù)。透明非晶態(tài)氧化物半導(dǎo)體膜可在低溫下形成，并且對(duì)于可見(jiàn)光是透明的，從而可在諸如塑料板或塑料膜之類(lèi)的基片上形成柔性的透明TFT。
Nature, Vol.432， pp.488-492 ( 2004 )公開(kāi)，根據(jù)X射線熒光法的、In:Ga:Zn的成分比為1.1:1.1:0.9的透明非晶態(tài)氧化物半導(dǎo)體膜對(duì)可見(jiàn)光的透射率為大約80%或更高。還描述可形成透明TFT。才艮據(jù)日本專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)亻_(kāi)第2002-76356號(hào)，已經(jīng)積極開(kāi)發(fā)了使用包含ZnO作為主要成分的透明導(dǎo)電氧化物多晶薄膜作為溝道層的TFT。
近年來(lái)，已經(jīng)積極研究和開(kāi)發(fā)了利用有機(jī)電致發(fā)光(EL)的發(fā)光器件。當(dāng)有機(jī)EL元件應(yīng)用于顯示器時(shí)，典型地執(zhí)行有源矩陣驅(qū)動(dòng)。對(duì)于有源矩陣驅(qū)動(dòng)，通常采用非晶硅或多晶硅制成的TFT。
提出了 一種用于提供高質(zhì)量和高輝度顯示的有源矩陣有機(jī)EL顯示器，其能夠防止驅(qū)動(dòng)元件惡化并且能夠執(zhí)行電視視頻顯示。日本專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)亻_(kāi)第H09-114398號(hào)公開(kāi)，使用兩個(gè)MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的有機(jī)EL顯示器獲得高質(zhì)量并防止驅(qū)動(dòng)元件惡化，其中每個(gè)所述MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管包含由單晶硅制成的有源層。
作為本發(fā)明人為了使用透明非晶態(tài)氧化物半導(dǎo)體膜制造透明場(chǎng)效應(yīng)晶體管而進(jìn)行的研究的結(jié)果，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電率在具有特定波長(zhǎng)的可見(jiàn)光下發(fā)生改變的現(xiàn)象。
為了詳細(xì)地檢查這一現(xiàn)象，本發(fā)明人執(zhí)行了如下所述的用于測(cè)量
在光i普光照射期間的導(dǎo)電率的實(shí)驗(yàn)(光語(yǔ)靈敏度測(cè)量實(shí)驗(yàn))。結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)電率因光吸收而在可見(jiàn)光的短波長(zhǎng)范圍側(cè)改變(增大)(見(jiàn)圖9)。
圖9是示出當(dāng)薄膜晶體管(TFT)以具有恒定強(qiáng)度的可見(jiàn)光的光語(yǔ)中的波長(zhǎng)的每隔10nm被照射時(shí)，在該TFT的導(dǎo)通操作時(shí)和關(guān)斷操作時(shí)的在照射光鐠光的每個(gè)波長(zhǎng)下的漏極電流的繪圖的曲線圖。在可見(jiàn)光照射的情況下，TFT的關(guān)斷電流在被光照射、尤其在被短波長(zhǎng)側(cè)的光照射時(shí)發(fā)生很大改變。此改變影響了 TFT的穩(wěn)定操作。即，本發(fā)明人首次發(fā)現(xiàn)，在被認(rèn)為對(duì)于可見(jiàn)光透明的實(shí)際透明非晶態(tài)氧化物中，實(shí)際上在可見(jiàn)光范圍內(nèi)發(fā)生由光激發(fā)導(dǎo)致的導(dǎo)電率的變化、即光載流子的生成。
此外，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這樣的問(wèn)題，即，即使在通常被認(rèn)為是透明氧化物(即，不吸收光的氧化物)的材料用于TFT的有源層的情況下，當(dāng)TFT與發(fā)光器件相互組合用于操作時(shí)，由于TFT吸收了從該發(fā)光器件發(fā)出的短波長(zhǎng)光的一部分，所以TFT的操作也變得不穩(wěn)定。
為了防止光影響這種元件的特性，通常提供光屏蔽單元例如光屏蔽膜。但是，當(dāng)提供光屏蔽單元時(shí)，利用有源層的透明度、即將TFT的有源層本身用作窗口層的器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)自由度會(huì)大大降低。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述情況，本發(fā)明的目的是提供一種使用透明氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的發(fā)光器件，該發(fā)光器件能夠被穩(wěn)定操作而無(wú)需使用光屏蔽單元。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種發(fā)光器件，包含設(shè)置在基片上并包含藍(lán)色像素區(qū)、綠色像素區(qū)和紅色像素區(qū)的像素區(qū)，藍(lán)色像素區(qū)、綠色像素區(qū)和紅色像素區(qū)分別對(duì)應(yīng)于三原色藍(lán)色、綠色和紅
色的光，該像素區(qū)包括具有源電極、漏電極、柵電極、柵絕緣膜和有源層的薄膜晶體管；發(fā)光層；以及用于將該發(fā)光層夾在中間的下電極和對(duì)置電極，其中該有源層包含氧化物；該漏電極與該發(fā)光層的一部分電連接；該薄膜晶體管設(shè)置在基片上的除藍(lán)色像素區(qū)之外的區(qū)域中；并且該薄膜晶體管不具有光屏蔽膜。
在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件中，該薄膜晶體管可期望地被設(shè)置在該綠色像素區(qū)和紅色像素區(qū)中的至少一個(gè)中。該有源層可包括對(duì)于400nm到800nm的波長(zhǎng)范圍中的光的透射率為70 。/?；蚋叩难趸?。該有源層的氧化物可包含In、 Ga和Zn，并且可具有小于1018/cm3的電子載流子濃度，該氧化物的至少一部分可以是非晶態(tài)氧化物。
在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件中，源電極、漏電極和柵電極中的至少一個(gè)可包括透明導(dǎo)電氧化物。下電極可包括透明導(dǎo)電氧化物。源電極、漏電極、柵電極和下電極中的至少一個(gè)可包含In、 Ga和Zn,并且可具有1018/ 113或更高的電子載流子濃度，該氧化物的至少一部分可以是非晶態(tài)氧化物。該發(fā)光層可包括有機(jī)EL元件。
根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置可通過(guò)使用任何上述發(fā)光器件構(gòu)成。
本發(fā)明的另外的特征從下文參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例的描述中將變得清晰。


圖l是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖。
圖2是示出在TFT設(shè)置在紅色像素區(qū)中的情況下的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的發(fā)光器件的示意圖。
圖3是示出在TFT設(shè)置在紅色像素區(qū)和綠色像素區(qū)中的情況下的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的發(fā)光器件的示意圖。
圖4A、 4B、 4C和4D各是示出用于本發(fā)明的實(shí)施例的薄膜晶體
5管的示意性剖視圖。
圖5是在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的發(fā)光器件用作顯示器的情況下的該發(fā)光器件的電路圖。
圖6是示出對(duì)本發(fā)明的示例1中生產(chǎn)的非晶態(tài)氧化物進(jìn)行光鐠靈敏度測(cè)量得到的結(jié)果的曲線圖。
圖7是示出本發(fā)明的示例2中制造的頂柵MISFET器件的結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖8是示出本發(fā)明的示例2中制造的頂柵MISFET器件的電流一電壓特性的曲線圖。
圖9是示出對(duì)本發(fā)明的示例2中制造的頂柵MISFET器件的導(dǎo)通電流和關(guān)斷電流進(jìn)行的測(cè)量得到的結(jié)果的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下文，將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的發(fā)光器件。
本發(fā)明的實(shí)施例應(yīng)用于使用上述透明膜的發(fā)光器件。具體地說(shuō)，本實(shí)施例應(yīng)用于被包括半導(dǎo)體膜的TFT驅(qū)動(dòng)的發(fā)光器件，該半導(dǎo)體薄膜是上述透明薄膜，并且本發(fā)明的實(shí)施例尤其應(yīng)用于這樣的發(fā)光器件，即該發(fā)光器件通過(guò)驅(qū)動(dòng)有機(jī)EL元件發(fā)光并用于使用三原色像素進(jìn)行彩色顯示的光源或顯示器。
可見(jiàn)光通常被認(rèn)為是波長(zhǎng)為大約400nm到大約800nm的光。在材料被看作透明的情況下，通常的情況是該材料的透射率為70%或更高。根據(jù)上述Nature, Vol.432， pp.489-492(2004)的描述(見(jiàn)圖2)，此實(shí)施例中使用的氧化物的透射率為至少70%或更高。
因此，此實(shí)施例中的透明氧化物被定義為對(duì)于波長(zhǎng)范圍為400nm到800nm的光(可見(jiàn)光)的光透射率為70%或更高的氧化物。此實(shí)施例中的透明氧化物不僅包括對(duì)于具有400nm到800nm整個(gè)波長(zhǎng)范圍的光的光透射率為70%或更高的氧化物，而且還包括在作為上述波長(zhǎng)范圍的一部分的波長(zhǎng)處的光透射率為70%或更高的氧化物。
關(guān)于氧化物的相對(duì)于具有上述波長(zhǎng)范圍的光的透明度高這一點(diǎn)，該氧化物的透射率期望地為80%或更高、更期望地為90%或更高。
圖1示出根據(jù)此實(shí)施例的發(fā)光器件的基本結(jié)構(gòu)的示例。該發(fā)光器件是底部發(fā)光型發(fā)光器件，其包括設(shè)置在基片上的像素區(qū)中的用于發(fā)射藍(lán)光、綠光和紅光的三原色像素(藍(lán)色像素、綠色像素和紅色像素)。
在圖1中，本發(fā)明中的由特定半導(dǎo)體材料制成的有源層(溝道層)102、漏電極100、源電極105、柵絕緣層103和柵電極104在基片(玻璃基片)101上或上方形成，從而構(gòu)成位于發(fā)光器件的像素區(qū)(像素部分區(qū)域)中的每個(gè)TFT (像素區(qū)透明氧化物TFT) 11。在每個(gè)TFT11中，源電極105和漏電極100與有源層101直接連接。流過(guò)在源電極105和漏電極100之間的有源層101的漏極電流被施加在柵電極104上的柵電壓通過(guò)柵絕緣層103控制。
下電極107、有機(jī)發(fā)光層108、對(duì)置電極109以及鈍化膜112通過(guò)層間絕緣層106和平坦化膜110設(shè)置在TFT ll上或上方。下電極107位于有機(jī)發(fā)光層108下面(在基片一側(cè))。下電極107通過(guò)接觸孔與TFT 11的漏電極100連接。下電極107通過(guò)層間絕緣層106和平坦化膜110與TFT 11的除漏電極100之外的部分電絕緣。對(duì)置電極109位于有機(jī)發(fā)光層108上。當(dāng)TFT處于導(dǎo)通(ON)狀態(tài)時(shí)，電壓施加在位于下電極107和對(duì)置電極109之間的有機(jī)發(fā)光層108上，以從該有機(jī)發(fā)光層發(fā)光。
有機(jī)發(fā)光層108包含分別設(shè)置在藍(lán)色像素區(qū)al、紅色像素區(qū)a2和綠色像素區(qū)a3中的藍(lán)光發(fā)光層108a、紅光發(fā)光層108b和綠光發(fā)光層108c，這三個(gè)像素區(qū)構(gòu)成玻璃基片IOI上的像素區(qū)。發(fā)光層108a、108b和108c通過(guò)元件隔離膜111彼此相鄰。
在圖l中，玻璃基片IOI上的像素區(qū)中設(shè)置的每個(gè)TFT 11的有源層均由透明氧化物制成。此實(shí)施例中的透明氧化物(例如透明非晶態(tài)氧化物)引起這樣的現(xiàn)象，即在可見(jiàn)光的短波長(zhǎng)范圍中生成光栽流子。例如，在透明非晶態(tài)氧化物的情況下，在光帶隙中出現(xiàn)可由非晶態(tài)結(jié)構(gòu)或缺陷能級(jí)引起的擾動(dòng)造成的拖尾吸收。甚至，當(dāng)例如使用具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)(光帶隙3.35 eV: 370nm )的ZnO時(shí)出現(xiàn)這樣的情況，即在400nm或更大的可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍中出現(xiàn)由普通多晶體中的晶粒邊界或缺陷能級(jí)造成的吸收。
因此，在此實(shí)施例中，TFT ll被設(shè)置在除藍(lán)色像素(理想的藍(lán)光發(fā)光峰值為470nm)區(qū)al之外的區(qū)域中，該區(qū)域被波長(zhǎng)范圍為至少400nm到500nm的光照射。具體地說(shuō)，TFT 11設(shè)置在位于綠色像素區(qū)3a或紅色像素區(qū)a2中的有機(jī)發(fā)光層108上面或下面。
圖l示出TFT 11設(shè)置在位于紅色像素區(qū)a2中的紅光發(fā)光層108b下面的示例。在圖1中，用于藍(lán)色像素的TFT bl、用于紅色像素的TFT b2和用于綠色像素TFT的TFT b3位于紅色像素區(qū)a2中。
圖1示出其中有機(jī)發(fā)光層108的紅光發(fā)光層108b位于TFT 11上面的示例。但是，本發(fā)明并不局限于這種結(jié)構(gòu)。例如，可采用有機(jī)發(fā)光層108的紅光發(fā)光層108b和綠光發(fā)光層108c在TFT 11上方形成的結(jié)構(gòu)。換句話說(shuō)，僅需要使用有機(jī)發(fā)光層108的藍(lán)光發(fā)光層108a不位于TFT11上方的結(jié)構(gòu)。
圖2和3是示出各個(gè)彩色像素區(qū)中的TFT 11的配置的示意圖。圖2和3示出位于使用三原色像素的彩色顯示器發(fā)光器件的像素區(qū)中的TFT的配置。
圖2示出透明氧化物TFT11僅位于紅色像素區(qū)a2中的示例。根據(jù)此示例，除了紅色像素TFTb2之夕卜，藍(lán)色像素TFTbl和綠色像素TFT b3也僅位于紅色像素區(qū)a2中。
圖3示出透明氧化物TFT 11位于紅色像素區(qū)a2和綠色像素區(qū)a3中的示例。根據(jù)此示例，除了紅色像素TFT b2之外，藍(lán)色像素TFTbl也位于紅色像素區(qū)a2中。綠色像素TFT b3位于綠色像素區(qū)a3中。
另夕卜，透明氧化物TFTll可僅位于綠色像素區(qū)a3中。在此情況下，除了綠色像素TFT b3之外，藍(lán)色像素TFT bl和紅色像素TFT b2也位于綠色像素區(qū)a3中。換句話說(shuō)，當(dāng)透明氧化物TFT11位于除藍(lán)色像素區(qū)al之外的區(qū)域中時(shí)，可釆用任何TFT配置。
因此，根據(jù)此實(shí)施例，當(dāng)采用這種結(jié)構(gòu)時(shí)可得到這樣一種發(fā)光器件，該發(fā)光器件不需使用光屏蔽單元而消除了由從藍(lán)色像素發(fā)出的光
8的強(qiáng)度的變化導(dǎo)致的TFT的操作不穩(wěn)定，以執(zhí)行穩(wěn)定操作。另外，可提供一種使用重量輕且抗破裂的基片例如塑料基片或具有柔性的基片的發(fā)光器件，以及具有其中即使在底部發(fā)光型的情況下開(kāi)口率也不會(huì)減小的結(jié)構(gòu)或能夠執(zhí)行兩側(cè)發(fā)光的結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件。
此實(shí)施例示出有機(jī)發(fā)光層108設(shè)置在TFT ll上方的示例。可采用相對(duì)于圖1所示的結(jié)構(gòu)縱向顛倒的結(jié)構(gòu)，以在紅光發(fā)光層108b和綠光發(fā)光層108c上方形成TFT 11。在此情況下，與有機(jī)發(fā)光層108相鄰的下電極107很明顯位于其上面。當(dāng)下電極107與漏電極100連接時(shí)可獲得相同功能。平坦化膜110可被省去，這樣對(duì)于發(fā)光器件的制
造成本是有利的。
當(dāng)有源層102 (In-Ga-Zn-O膜)的位于漏電極100下面的一部分被設(shè)定為具有1018/ 113或更高的載流子濃度時(shí)，該部分可用作漏電極100和下電極107二者。在此情況下，期望有源層102的In-Ga-Zn-O膜用作空穴注入層，并且與有機(jī)發(fā)光層108的陽(yáng)極部分連接。
接下來(lái)，將詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件的各個(gè)構(gòu)成組件。
1. 基片
一般使用玻璃基片用于發(fā)光器件。在此實(shí)施例中，使用玻璃基片。本發(fā)明中將使用的基片并不局限于此。基本上只需要基片是平坦的。本發(fā)明中將使用的TFT可在低溫下形成，從而可采用通常難以用于有源矩陣結(jié)構(gòu)的塑料基片。因此，可得到重量輕且抗破裂的發(fā)光器件，結(jié)果是該發(fā)光器件可彎曲一定程度。另外，可使用含Si的半導(dǎo)體基片或陶瓷基片。在考慮平坦性的情況下，可使用在其上設(shè)置有絕緣層的金屬基片。
2. TFT
TFT包含具有柵極端子、源極端子和漏極端子的三端器件。TFT使用在由陶瓷、玻璃、塑料等制成的絕緣基片上形成的半導(dǎo)體薄膜作為有源層(溝道層)，電子或空穴移動(dòng)通過(guò)該有源層。此外，TFT是有源器件，其具有根據(jù)施加在柵極端子上的電壓控制流過(guò)溝道層的電流，以控制在源極端子和漏極端子之間流動(dòng)的電流的開(kāi)關(guān)的功能。
如圖4A到4D所示，交錯(cuò)(頂柵)TFT (圖4A )、反交錯(cuò)(底
9柵)TFT (圖4B )、共面TFT (圖4C )和反共面TFT (圖4D )中 的任一種可應(yīng)用于該TFT結(jié)構(gòu)。在圖4A到4D中，在基片1上或上 方形成有源層(溝道層)2、源極端子(源電極)3、漏極端子(漏電 極)4、柵絕緣膜5和柵極端子(柵電極)6。
單晶氧化物、多晶氧化物、非晶態(tài)氧化物及它們的混合物中的任 一種可應(yīng)用于該透明氧化物。多晶氧化物例如是ZnO或ZnGaO。 WO 2005/088726的出版物中詳細(xì)描述了所述非晶態(tài)氧化物。
在此實(shí)施例中，將描述將非晶態(tài)氧化物應(yīng)用于有源層材料的情 況。期望使用電子載流子濃度小于1018/ 113的氧化物膜作為常斷TFT 的有源層。具體地說(shuō)，該氧化物膜包含In、 Ga、 Zn和O，并且其在 結(jié)晶態(tài)下的組成用InGa03 (ZnO) m表示(其中，m代表小于6的自 然數(shù))。作為替換方案，該氧化物膜包含In、 Ga、 Zn、 Mg和O，并 且其在結(jié)晶態(tài)下的組成用InGa03 (Ziu.xMgxO) m表示(其中，m代 表小于6的自然數(shù)，并且0<xSl)。
此外，氧化物材料的電子遷移率隨著傳導(dǎo)電子的數(shù)量的增加而增 加。玻璃基片、由樹(shù)脂制成的塑料基片或塑料膜等可用作用于在其上 形成TFT的基片。此外，可4吏用由Zn、 In和Sn中至少一種元素的 氧化物形成的非晶態(tài)氧化物生產(chǎn)具有低電子載流子濃度和高電子遷移 率的非晶態(tài)氧化物膜。該非晶態(tài)氧化物膜具有電子遷移率隨著傳導(dǎo)電 子的數(shù)量的增大而增大的特定屬性?？墒褂迷撃どa(chǎn)其晶體管特性諸 如通/斷比、夾斷狀態(tài)下的飽和電流和開(kāi)關(guān)速度非常好的常斷TFT。
對(duì)于半導(dǎo)體層，可使用包含Sn、 In和Zn中的至少一種元素的 非晶態(tài)氧化物。此外，當(dāng)Sn將被選作該非晶態(tài)氧化物的構(gòu)成元素中 的至少一種時(shí)，可用Sih.xM4x(其中，0<x<l，并且M4選自由Si、 Ge和Zr組成的組，Si、 Ge和Zr是第四族元素，其原子序數(shù)小于Sn 的原子序數(shù))代替Sn。進(jìn)一步地，當(dāng)In將被選作該非晶態(tài)氧化物的 構(gòu)成元素中的至少一種時(shí)，可用1iu.yM3y(其中，0<y<l,并且M3選 自由Lu和Y以及B、 Al和Ga組成的組，B、 Al和Ga是第三族元素， B、 Al和Ga的原子序數(shù)小于In的原子序數(shù))代替In。當(dāng)Zn將被選
10作該非晶態(tài)氧化物的構(gòu)成元素中的至少一種時(shí)，可用Zm.zM2z(其中， 0<z<l ，并且M2選自由Mg和Ca組成的組，Mg和Ca是第二族元素， 其原子序數(shù)小于Zn的原子序數(shù))代替Zn。
可應(yīng)用包含Sn-In-Zn氧化物、In-Zn-Ga-Mg氧化物、In氧化物、 In-Sn氧化物、In-Ga氧化物、In-Zn氧化物、Zn-Ga氧化物和Sn-In-Zn 氧化物的非晶態(tài)材料。構(gòu)成材料的成分比不一定被設(shè)定為1:1。當(dāng)單 獨(dú)使用Zn或Sn時(shí)，可能難以產(chǎn)生非晶態(tài)。但是，當(dāng)加入In時(shí)，可 容易地產(chǎn)生非晶相。例如，在In-Zn體系的情況下，期望調(diào)節(jié)除氧之 外的原子的數(shù)量的比以獲得In濃度為大約20原子％或更高的組成。 在Sn-In體系的情況下，期望調(diào)節(jié)除氧之外的原子的數(shù)量的比以獲得 In濃度為大約80原子％或更高的組成。在Sn-In-Zn體系的情況下， 期望調(diào)節(jié)除氧之外的原子的數(shù)量的比以獲得In濃度為大約15原子％ 或更高的組成。
當(dāng)在以大約0.5度的低入射角在作為測(cè)量目標(biāo)的薄膜上執(zhí)行X射 線衍射的情況下，沒(méi)有檢測(cè)到清晰的衍射峰值(即，觀察到光暈圖案) 時(shí)，可確定該薄膜是非晶態(tài)的。在此實(shí)施例中，當(dāng)使用上述材料中的 任一種用于薄膜晶體管的溝道層時(shí)，并不排除該溝道層包含具有微晶 態(tài)的構(gòu)成材料。例如使用透射電子顯微鏡可確認(rèn)非晶態(tài)氧化物中存在 的微晶體。
在使用上述透明氧化物膜的薄膜晶體管中，期望將入1203、 Y203 或Hf02或包含這些化合物中的至少兩種的混合晶體化合物用于柵絕 緣膜。當(dāng)柵絕緣膜和溝道層的薄膜之間的界面中存在缺陷時(shí)，電子遷 移率降低，并且晶體管特性會(huì)出現(xiàn)滯后現(xiàn)象。泄漏電流根據(jù)柵絕緣膜 的類(lèi)型而有很大的變化。因此，必須選擇一種適合于溝道層的柵絕緣
膜。當(dāng)使用Ah03膜時(shí)，可降低泄漏電流。當(dāng)使用Y203膜時(shí)，可使得
滯后現(xiàn)象較小。當(dāng)使用具有高介電常數(shù)的Hf02膜時(shí)，可增大電子遷 移率。當(dāng)使用它們的混合晶體膜時(shí)，可產(chǎn)生一種具有低泄漏電流、小 滯后現(xiàn)象和高電子遷移率的TFT。柵絕緣膜形成過(guò)程和溝道層形成過(guò) 程可在室溫執(zhí)行，從而交錯(cuò)結(jié)構(gòu)和反交錯(cuò)結(jié)構(gòu)中的任一個(gè)都可被形成為T(mén)FT結(jié)構(gòu)。
3. 層間絕緣層
柵絕緣層的材料可同樣用于用作下電極的基底的絕緣層。為了平 坦化，可形成另一個(gè)絕緣層。并且，可例如通過(guò)利用旋涂形成聚酰亞 胺膜，或通過(guò)利用等離子CVD法、PECVD法或LPCVD法形成氧化 硅，或通過(guò)涂覆并焙燒醇鹽等，形成絕緣層。合適地，需要在層間絕 緣層中形成用于與源極和漏極連接的接觸孔。
4. 下電極
下電極和與該下電極連接的TFT的漏電極的組成可相同或不同。 當(dāng)發(fā)光層是由有機(jī)EL層代表的電流注入層時(shí)，期望的下電極依賴于 該結(jié)構(gòu)。例如，當(dāng)與下電極連接的發(fā)光層是陽(yáng)極時(shí)，期望使用具有大 的功函數(shù)的金屬材料。該材料的示例包括ITO、導(dǎo)電氧化錫、導(dǎo)電ZnO、 In-Zn-O、 Pt合金和Au合金。另外，可使用電子載流子濃度為1018/cm3 或更高的In-Ga-Zn-O材料。在此情況下，與TFT的情況不同，期望 的是高載流子濃度，例如1019/ 113或更高的載流子濃度。在與TFT的 漏極部分直接連接的情況下，尤其期望的是ITO、In-Ga-Zn-0材料(高 載流子濃度)或Au合金。
ITO或In-Ga-Zn-O材料(高載流子濃度)制成的下電極是透明 的。因此，即使在底部發(fā)光型的情況下，開(kāi)口率仍可增大。
與上述內(nèi)容相反，當(dāng)與下電極連接的發(fā)光層是陰極時(shí)，期望使用 具有小的功函數(shù)的金屬材料。該材料的示例包括添加Ag的Mg、添加 Li的Al、硅化物、硼化物和氮化物。在此情況下，通過(guò)布線與TFT 的漏極部分相連比與TFT的漏極部分直接連接更加方便。
當(dāng)漏電極將與下電極直接連接時(shí)，期望該下電極是空穴注入電 極。特別地，期望使用ITO、 Al、或攙雜Ga的ZnO、或載流子濃度 為1018/^113或更高的In-Ga-Zn-O材料用于該下電極。特別地，在 In-Ga-Zn-O材料的情況下，可利用例如氧缺陷引入法增加有源層的一 部分的載流子濃度以形成下電極。因而，該結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單且有效。在 這種情況下，看上去空穴傳輸層和空穴注入層在有源層上形成。這種 結(jié)構(gòu)也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。這意味著下電極和漏電極與有源層的該部分成一體地形成。
5. 發(fā)光層
盡管只要發(fā)光層可被透明氧化物TFT驅(qū)動(dòng)，該發(fā)光層就不受限， 但是有機(jī)EL元件是尤其方便的。此實(shí)施例中使用的有機(jī)發(fā)光層在極 少情況下是單層，因而通常具有以下多層結(jié)構(gòu)中的任一種。
(1) 空穴傳輸層/發(fā)光層+電子傳輸層(對(duì)應(yīng)于具有電子傳輸功 能的發(fā)光層)
(2) 空穴傳輸層/發(fā)光層/電子傳輸層
(3) 空穴注入層/空穴傳輸層/發(fā)光層/電子傳輸層
(4) 空穴注入層/空穴傳輸層/發(fā)光層/電子傳輸層/電子注入層 另外，存在還提供電子勢(shì)壘層、附著促進(jìn)層等的情況。 存在發(fā)光層部分中使用熒光或磷光的情況?？紤]到發(fā)光效率，使
用磷光是有效的。銥絡(luò)合物作為磷光材料是有用的。具有低分子量的 分子和聚合物二者都可用作要被使用的分子。在具有低分子量的分子 的情況下，該發(fā)光層部分通?？赏ㄟ^(guò)氣相淀積形成。在聚合物的情況 下，該發(fā)光層部分通?？赏ㄟ^(guò)噴墨或印刷形成。具有低分子量的分子 的示例包括胺絡(luò)合物、蒽、稀土元素絡(luò)合物和貴金屬絡(luò)合物。聚合物 的示例包括7T共軛聚合物和顏料聚合物。
電子注入層的材料包括堿金屬、堿土金屬、其化合物或攙雜堿金 屬的有機(jī)化合物。電子傳輸層的材料包括鋁絡(luò)合物、噁二唑、三唑或 鄰二氮雜菲。
空穴注入層的材料包括芳基胺、酞菁或攙雜路易斯酸的有機(jī)化合 物。空穴傳輸層的材料包括芳基胺。
6. 對(duì)置電極
對(duì)置電極的優(yōu)選材料取決于其是用于頂部發(fā)光型還是底部發(fā)光 型以及用作陰極還是用作陽(yáng)極而改變。
例如，在頂部發(fā)光型的情況下，對(duì)置電極必須是透明的。當(dāng)對(duì)置 電極是陽(yáng)極時(shí)，還可使用氧化銦錫(ITO )、導(dǎo)電氧化錫、導(dǎo)電ZnO、 In-Zn-O或載流子濃度為1018/ 113或更高的In-Ga-Zn-O材料，它們是 透明導(dǎo)電氧化物。當(dāng)對(duì)置電極是陰極時(shí)，形成厚度為數(shù)10nm或更小
13的攙雜堿金屬或堿土金屬的合金，并且在該合金上形成透明導(dǎo)電氧化 物，從而可得到對(duì)置電極。
在底部發(fā)光型的情況下，對(duì)置電極不必是透明的。因此，對(duì)于陽(yáng)
極，可使用Au合金或Pt合金等。另外，對(duì)于陰極，可使用添加Ag 的Mg、添加Li的Al、硅化物、硼化物或氮化物等。 7.其它電極線
金屬諸如Al、 Cr或W, Al合金，硅化物諸如WSi等可用于包 含用作柵電極線的掃描電極線、信號(hào)電極線等的電極線。
接下來(lái)，將參照?qǐng)D5說(shuō)明在發(fā)光器件應(yīng)用于顯示器的情況下的結(jié) 構(gòu)示例。
在圖5中，第一晶體管(驅(qū)動(dòng)晶體管或開(kāi)關(guān)晶體管)41驅(qū)動(dòng)有機(jī) EL層44,第二晶體管(像素選擇晶體管)42選擇像素。位于公共電 極線47和第二晶體管42的源電極之間的用于保持所選狀態(tài)的電容器 43存儲(chǔ)電荷以保持第一晶體管的柵電極的信號(hào)。像素選擇由掃描電極 線45和信號(hào)電極線46確定。
更具體地說(shuō)，圖像信號(hào)作為脈沖信號(hào)從驅(qū)動(dòng)器電路(未示出)通 過(guò)掃描電極線45被施加到第二晶體管42的柵電極。同時(shí)，從另一個(gè) 驅(qū)動(dòng)器電路(未示出)通過(guò)信號(hào)電極線46將信號(hào)施加到第二晶體管 42的漏電極，從而選擇像素。此時(shí)，第二晶體管42導(dǎo)通，以在位于 信號(hào)電極線46和第二晶體管42的源電極之間的電容器43中存儲(chǔ)電 荷。因此，第一晶體管41的柵電極電壓被保持為期望的電壓，從而第 一晶體管41導(dǎo)通。這種狀態(tài)被一直保持，直到接收到下一個(gè)信號(hào)為止。 在第一晶體管41處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，向有機(jī)EL層44提供電壓和電流 以保持發(fā)光。
在圖5所示的示例中，每個(gè)像素包含兩個(gè)晶體管和一個(gè)電容器。 為了改善性能，在每個(gè)像素中可并入更大數(shù)量的晶體管等。本發(fā)明的 本質(zhì)是在除藍(lán)色像素區(qū)之外的區(qū)域例如紅光發(fā)光層和綠光發(fā)光層中設(shè) 置作為可在低溫下形成的透明TFT的氧化物TFT，從而獲得有效的 發(fā)光器件。
如上所述，根據(jù)此實(shí)施例，通過(guò)使用由透明的氧化物制成的半導(dǎo)體薄膜晶體管形成發(fā)光器件，可提供一種無(wú)需使用光屏蔽單元而穩(wěn)定 操作的發(fā)光器件。另外，可提供一種使用重量輕且抗破裂的基片例如 塑料基片或具有柔性的基片的發(fā)光器件。此外，可提供一種具有即使 在底部發(fā)光型的情況下開(kāi)口率也不會(huì)降低的結(jié)構(gòu)或能夠執(zhí)行兩側(cè)發(fā)光 的結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件。
在此實(shí)施例中，說(shuō)明了有機(jī)EL元件的結(jié)構(gòu)示例。即使在無(wú)機(jī)EL 元件的情況下，仍可使用相同結(jié)構(gòu)。 接下來(lái)將說(shuō)明本發(fā)明的示例。 (示例1)
在此示例中，對(duì)本發(fā)明中使用的非晶態(tài)氧化物執(zhí)行了光鐠靈敏度 測(cè)量的實(shí)驗(yàn)。
首先，使用濺射法在基片上形成非晶態(tài)In-Ga-Zn氧化物。具體 地說(shuō)，在包含氧和氬的氣體混合物的氣氛中通過(guò)高頻濺射法在玻璃基 片(Corning Incorporated生產(chǎn)的Corning 1737玻璃)上淀積50隨 厚的非晶態(tài)氧化物。使用In:Ga:Zn-l:l:l的燒結(jié)體作為靶材料。生長(zhǎng) 室中達(dá)到的真空度為8xl(K4Pa。氧和氬的總壓力為5.3 x lO"Pa。氧分 壓為1.8 x 102Pa。
基片溫度未被特別設(shè)定，因而在不加熱的情況下執(zhí)行膜形成。在 膜形成期間室溫為大約25匸。X射線以相對(duì)于得到的膜的膜表面成0.5 度的入射角入射在該得到的膜上，以(通過(guò)薄膜法)執(zhí)行X射線衍射。 結(jié)果，沒(méi)有檢測(cè)到清晰的峰值，從而確定所有產(chǎn)生的In-Zn-Ga-O膜 都是非晶態(tài)膜。
另外，作為X射線反射系數(shù)測(cè)量和圖案分析的結(jié)果，確認(rèn)該薄膜 的均方根粗糙度(Rrms)為大約0.5nm，并且該薄膜的膜厚度為大約 50nm。
此外，作為X射線熒光(XRF)光語(yǔ)分析的結(jié)果，薄膜中的金屬 的組分比為In:Ga:Zn=1.00:0.94:0.65。從光吸收光i普分才斤可知，形成 的非晶態(tài)薄膜的禁帶能量寬度為大約3.1eV。
在得到的非晶態(tài)氧化物膜上形成了直徑為lmm的電極。具體地 說(shuō)，通過(guò)掩膜氣相淀積以2mm的間隔形成了多個(gè)金屬多層電極，每個(gè)金屬多層電極均由Au (40nm)和Ti ( 50nm )制成，以獲得要被測(cè) 量的樣本。Au層位于每個(gè)所述金屬多層電極的最上側(cè)上。
在10V偏壓下具有預(yù)定光強(qiáng)度(2.5mW/cm2)的不同波長(zhǎng)的光束 (間隔10nm)的照射期間，對(duì)制備的樣本進(jìn)行了導(dǎo)電率測(cè)量(光鐠 靈敏度特性評(píng)價(jià))。使用CEP-2000光語(yǔ)靈敏度測(cè)量裝置進(jìn)行此測(cè)量。 圖6示出測(cè)量所獲得的結(jié)果。
從圖6所示的結(jié)果顯而易見(jiàn)，產(chǎn)生的非晶態(tài)膜使得在對(duì)應(yīng)于小于 大約3.1eV的能量的450nm量級(jí)(大約2.8eV)的短波長(zhǎng)范圍中，光 激發(fā)載流子生成并且導(dǎo)電率增加，該大約3.1eV是禁帶能量寬度。光 譜靈敏度特性評(píng)價(jià)中的光激發(fā)載流子生成量取決于照射光的強(qiáng)度。 (示例2)
在此示例中，如圖7所示，制造了交錯(cuò)(頂柵)金屬-絕緣體-半 導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MISFET)器件。
首先，在玻璃基片1上形成厚度為30nm的金屬膜。通過(guò)光刻法 和剝離法形成漏極端子4和源極端子3，然后通過(guò)'減射法在其上形成 厚度為30nm的非晶態(tài)膜(IGZO )，該非晶態(tài)膜用作溝道層(有源層) 2并且具有金屬組分比In:Ga:Zn=1.00:0.94:0.65。非晶態(tài)氧化物膜形 成條件與評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的條件相同。最后，通過(guò)電子束淀積法形成用作柵 絕緣膜5的￥203膜，在其上形成金屬(Au)膜，并且通過(guò)光刻法和 剝離法形成柵極端子6。
在預(yù)定光強(qiáng)度(0.1mW/cm2)下不同光束的照射期間評(píng)價(jià)了 MISFET器件的I-V特性以測(cè)量導(dǎo)通電流和關(guān)斷電流，每個(gè)光束均具 有300nm到800nm的波長(zhǎng)(間隔為10nm )。圖8和9示出測(cè)量所獲 得的結(jié)果。
圖8示出MISFET器件的I-V特性評(píng)價(jià)所獲得的結(jié)果，而圖9 示出導(dǎo)通電流和關(guān)斷電流的測(cè)量所獲得的結(jié)果。從結(jié)果中可確認(rèn)，在 非晶態(tài)氧化物MISFET器件的情況下，在450nm或更小的波長(zhǎng)下光 照射期間關(guān)斷電流和導(dǎo)通電流增大，并且開(kāi)關(guān)器件的功能在被從藍(lán)光 發(fā)光器件發(fā)出的光照射的區(qū)域中惡化。
16現(xiàn)在將參照?qǐng)D5所示的顯示器的情況具體描述此事實(shí)。發(fā)光器件 的第一晶體管(開(kāi)關(guān)晶體管)41的柵極電壓被保持為期望電壓，從而 第一晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)。這種狀態(tài)必須被一直保持，直到接收到下 一個(gè)信號(hào)為止。但是，當(dāng)在450nm或更小的波長(zhǎng)下藍(lán)光照射使得關(guān)斷 電流增大時(shí)，該期望電壓不能被保持，從而不能保持發(fā)光。當(dāng)該發(fā)光 器件用于顯示器時(shí)，第一晶體管41的導(dǎo)通電流因藍(lán)色像素的發(fā)光強(qiáng)度 的改變而改變，因而發(fā)光強(qiáng)度不穩(wěn)定。 (示例3 )
在此示例中，制造TFT被設(shè)置在紅色像素區(qū)中的發(fā)光器件。 首先，通過(guò)與示例2中^f吏用的方法基本相同的方法形成MISFET 器件。在一系列處理中，通過(guò)光刻法和剝離法將每個(gè)層形成期望的尺 寸。此時(shí)，如圖2所示的情況，將TFT設(shè)置在紅色像素區(qū)中。然后， 通過(guò)相同方法形成絕緣層，并在該層中形成漏電極用的接觸孔。
此后，通過(guò)賊射法形成厚度為300nm的ITO膜以獲得下電極。 此時(shí)，漏電極與下電極通過(guò)該接觸孔連接以形成布線。接下來(lái)，通過(guò) 電阻蒸鍍法形成厚度為60nm的空穴注入層，并且在其上形成厚度為 20nm的空穴傳輸層。然后，通過(guò)掩膜氣相淀積法形成厚度均為40nm 的紅光、藍(lán)光和綠光發(fā)光層的每一個(gè)。此后，形成厚度為20nm的電 子傳輸層。整體上得到了有機(jī)發(fā)光層。最后，通過(guò)二維氣相淀積法形 成厚度為50nm的Al和Ag的合金膜以及厚度為50nm的Al膜以獲得 對(duì)置電極。
當(dāng)與探針接觸的該制造出的器件被驅(qū)動(dòng)時(shí)，獲得從基片的后表面 側(cè)的發(fā)光，即底部發(fā)光型。在該獲得的發(fā)光器件的情況下，可保持穩(wěn) 定的發(fā)光和顏色顯示。
在此示例中，描述了使用有機(jī)發(fā)光層的發(fā)光器件。但是，本發(fā)明 并不局限于此。甚至在使用例如在無(wú)機(jī)發(fā)光層中具有分隔開(kāi)的發(fā)光波 長(zhǎng)范圍的發(fā)光器件的情況下，仍可實(shí)現(xiàn)相同效果。
(示例4)
在此示例中，使用與示例3相同的方法制造了使用有機(jī)EL層的發(fā)光器件。在晶體管形成時(shí)，如圖3所示的情況，TFT被設(shè)置在紅色 像素區(qū)和綠色像素區(qū)中。其它方法與示例3中的那些方法相同。結(jié)果， 即使在此示例中，獲得的發(fā)光器件仍可保持穩(wěn)定的發(fā)光并執(zhí)行彩色顯 示。
(示例5 )
在此示例中，制造了使用有機(jī)EL層的兩側(cè)發(fā)光的發(fā)光器件。 首先，通過(guò)與示例2中使用的方法基本相同的方法形成了 MISFET器件。然后，通過(guò)與示例3相同的方法制造發(fā)光器件。在上 電極形成時(shí)，通過(guò)濺射法形成厚度為20nm的透明電極(這里使用 ITO)以獲得上透明電極。整體上獲得了執(zhí)行兩側(cè)發(fā)光的有機(jī)發(fā)光層。 結(jié)果，即使在此示例中，獲得的發(fā)光器件仍可從兩側(cè)保持穩(wěn)定發(fā)光并 執(zhí)行彩色顯示。
詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明的各個(gè)示例。本發(fā)明并不局限于公開(kāi)的各個(gè)示 例性示例。在不背離本發(fā)明的精神的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可基于 下文權(quán)利要求的描述做出多種修改和改變。該多種修改和改變也被包 含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件可廣泛應(yīng)用于通過(guò)在包含塑料膜的柔性 材料上形成半導(dǎo)體薄膜而得到的柔性顯示器、IC卡、ID標(biāo)簽等。
根據(jù)本發(fā)明，可提供一種穩(wěn)定操作而無(wú)需使用光屏蔽單元的發(fā)光 器件，該發(fā)光器件可被提供為使用包含透明氧化物的氧化物半導(dǎo)體薄 膜晶體管的發(fā)光器件。
盡管已經(jīng)參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)理解，本發(fā)明 并不局限于公開(kāi)的示例性實(shí)施例。下文權(quán)利要求的范圍應(yīng)被給予最寬 的解釋以便包含所有修改和等同的結(jié)構(gòu)及功能。
本申請(qǐng)要求2006年3月17日提交的日本專(zhuān)利申請(qǐng)No. 2006-074631的權(quán)益，該日本專(zhuān)利申請(qǐng)全文并入此作為參考。
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權(quán)利要求
1. 一種發(fā)光器件，包含設(shè)置在基片上并包含藍(lán)色像素區(qū)、綠色像素區(qū)和紅色像素區(qū)的像素區(qū)，該藍(lán)色像素區(qū)、綠色像素區(qū)和紅色像素區(qū)分別對(duì)應(yīng)于三原色藍(lán)色、綠色和紅色的光，該像素區(qū)包括具有源電極、漏電極、柵電極、柵絕緣膜和有源層的薄膜晶體管；發(fā)光層；以及用于將該發(fā)光層夾在中間的下電極和對(duì)置電極，其中，該有源層包含氧化物；該漏電極與該發(fā)光層的一部分電連接；該薄膜晶體管設(shè)置在基片上的除藍(lán)色像素區(qū)之外的區(qū)域中；并且該薄膜晶體管不具有光屏蔽膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光器件，其中所述薄膜晶體管設(shè)置在所 述綠色像素區(qū)和所述紅色像素區(qū)中的至少一個(gè)中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光器件，其中所述有源層包含對(duì)于具有 400nm到800nm的波長(zhǎng)范圍的光的透射率為70%或更高的氧化物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光器件，其中所述有源層的所述氧化物 包含In、 Ga和Zn,并且具有小于1018/cm3的電子載流子濃度，所述 氧化物的至少 一部分是非晶態(tài)氧化物。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光器件，其中所述源電極、所述漏電極 和所述柵電極中的至少一個(gè)包括透明導(dǎo)電氧化物。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光器件，其中所述下電極包括透明導(dǎo)電 氧化物。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l的發(fā)光器件，其中所述源電極、所述漏電極、 所述柵電極和所述下電極中的至少一個(gè)包含In、 Ga和Zn，并且具有 1018/cm3或更高的電子載流子濃度，所述氧化物的至少一部分是非晶 態(tài)氧化物。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光器件，其中所述發(fā)光層包括有機(jī)EL元件。
9. 一種圖像顯示裝置，包含根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)的發(fā)光器件。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種發(fā)光器件，包含設(shè)置在基片上并包含藍(lán)色像素區(qū)、綠色像素區(qū)和紅色像素區(qū)的像素區(qū)，所述藍(lán)色像素區(qū)、綠色像素區(qū)和紅色像素區(qū)分別對(duì)應(yīng)于三原色藍(lán)色、綠色和紅色的光，該像素區(qū)包括具有源電極、漏電極、柵電極、柵絕緣膜和有源層的薄膜晶體管；發(fā)光層；以及用于將該發(fā)光層夾在中間的下電極和對(duì)置電極，其中該有源層包含氧化物；該漏電極與該發(fā)光層的一部分電連接；并且該薄膜晶體管設(shè)置在基片上的除藍(lán)色像素區(qū)之外的區(qū)域中。
文檔編號(hào)H01L51/50GK101467257SQ20078000913
公開(kāi)日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2007年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月17日
發(fā)明者巖崎達(dá)哉, 享 林 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社